отзыв ве,.11.Ущей организации о диссертации ЕСЕЕВА Марата Каналбековича « Экзотические атомы и ионы в интенсивных электромагнитных полях» , представленной на соискание ученой степени доктора физико-математи­ ческих наук по специальности 01.04.16-физика атомного ядра и эле­ ментарных частиц Исследование поведения атомов в интенсивных электромагнитных полях - основа современной атомноЩ физики. Особый интерес вы­ зывают так называемые «экзотические» атомы: позитроний антиводород (ре + ), мюоний (е - µ + ), мезоатомы (µd, µt) ( е + е-), и т.п. Измере­ ние их сечений, спектров, вероятностей распада важно не только для атомной физики, но и для проверки фундаментальных законов приро­ ды, поисков нарушений свойств симметрии. Для экспериментов с ко­ роткоживущими атомами требуются специальные электромагнитные "----. ловушки, описанные в первой части работы. Вторая часть посвящена атомам и ионам в сильных электромагнитных полях . Таким образом, в диссертационной работе М. К. Есеева представлено комплексное ис­ следование накопления экзотических атомов и их взаимодействия с ультракороткими импульсами, поэтому шкmуалъ'}-{,осmъ тематики не вызывает сомнений. Работа состоит из 6 глав, занимает ссылок в списке литературы. Глава 1 248 страниц и содержит 246 посвящена электромагнитным ловушкам. На основе уравнений движения в ловушке с постоянным 1 продольным магнитным полем и вращающимся поперечным элек­ трическим полем приведены оценки характерных частот колебаний заряженной частицы. Подробно проанализирована релаксация Из-за столкновений позитрона с остаточным газом. При малых энергиях аннигиляция позитрона оказалась не слишком вероятным процессом из-за отсутствия свободных электронов. Показано, что потери энергии позитрона происходят Е основном за счет возбуждения вращатель­ ных и колебательных уровней молекул остаточного азота. В разделе 1.4 '--- приведено и обосновано простое физическое объяснение влияния вращающегося электрического поля на радиальный размер сгустка. Причиной влияния является параметрический резонанс, возникаю­ щий при совпадении частоты поля с циклотронной или магнетронной частотой. Таким образом предложена трехмерная модель ловушки, позволяющая оптимизировать ее параметры. Глава 2 описывает эксперименты по накоплению электронных и позитронных сгустков в ловушке Сурка на установке LEPTA. Важной задачей было достижение достаточно большого времени циркуляции позитронов. Удалось значительно продвинуться в решении этой за­ дачи за счет коррекции продольного магнитного поля и улучшения вакуума. Следующими важными этапами подготовки эксперимента с позитронием являются электронное охлаждения позитронов и по­ вышение эффективности генерации атомов позитрония. Для измере­ ния времени жизни парапозитрония с рекордной на сегодняшний день точностью необходимо обеспечить разброс скоростей, не превышаю­ щий 0.01%. Поэтому охлаждение является важной частью работы. Для моделирования поведения позитронов в ловушке Сурка числен­ но решались уравнения движения заряженной частицы в скрещенных полях, а начальные условия выбирались с помощью датчика случай- 2 ных чисел с известным из эксперимента распределением. На осно­ ве такой простой модели проведена оптимизация параметров ловуш­ ки, в частности, подобрана оптимальная частота вращающегося поля 650 65 кГц. Следует особенно отметить результаты, приведенные на стр. и 68, где показано неплохое согласие модели с экспериментом на примерах зависимостей количества накопленных в ловушке частиц от времени и поперечного размера сгустка от давления буферного газа. Чтобы знать, как происходит аннигиляция позитронов в остаточ­ ном или буферном газе, в главе "-· 3 построена теория столкновений в приближении мгновенных возмущений. Выбранная форма записи эволюционного оператора (представление Магнуса) удобно для рас­ чета по сравнению с другими вариантами разложения теории возму­ щений (например, борновским приближением), потому что сохраняет условие унитарности оператора и не требует пре~положения о слабо­ сти взаимодействия. В этом приближения вычислено сечение «:стря­ хивания ~ мюона из мезоатома при столкновении с молекулой дей­ терия. Способы увеличения именно этого сечения жизненно важны для термоядерного синтеза на основе мюонного катализа. Показано, что главным процессом является ионизация мезоатома, а сечение это­ го процесса можно радикально увеличить, если молекулы дейтерия выстроить вдоль некоторой оси с точностью 10- 3 . Как показано на рис. 3.4, сечение получается больше чем в эксперименте и во всех предыдущих теориях. В разделе 3.4 приводится теория метастабиль­ ности антипротонного гелия. Предполагается, что антипротон в гелии образует ион ра.ее, один из электронов которого является слабо свя­ занным и удерживается на далекой орбите только заряд-дипольным взаимодействием. В рамках предложенный модели удается объяснить, почему метастабильность наблюдается только в чистом гелии, и рас- 3 считать сечения тушения. В главе 4 строится теория ионизации и возбуждения атомов ат­ тосекундными электромагнитным импульсом. Такие импульсы могут быть не только лазерными, но и создаваться ультрарелятивистскими тяжелыми ионами, которые получаются в современных ускорителях. ' Расчет выполнен в приближения внезапного возмущения. На первом этапе выполнено сравнение 7 различных аналитических выражений для волновой функции гелия и отобраны те из них, которые дают пра­ вильную вероятность неупругих процессов . Показано , что в расчете неупругих процессов следует учитывать корреляции электронов, то­ гда как при расчете энергии основного состояния можно пользоваться и более простыми выражениями. В разделе 4.5 найдена вероятность возбуждения и фотоионизации позитрония коротким импульсом гаус­ совой формы. Показано, что при не слишком малых и не слишком больших переданных импульсах вероятность неупругих процессов в позитронии выше, чем в атоме водорода (см . рис. 4.7). Это объясня­ ется большим размером позитрония и относительно малой энергией связи. В разделе 4.6 обсуждается фотоионизация мезоатома периоди­ ческой последовательностью ультракоротких импульсов. Найден ин­ тервал величины переданного импульса, в котором вероятность су­ щественно возрастает за счет ступенчатых процессов возбуждения с последующей ионизацией из возбужденного состояния. Процесс рассеяния ультракоротких импульсов изучен в главе 5. Расчет выполнен в приближении внезапного возмущения, когда во время действия мощного импульса можно пренебречь собственным гамильтонианом атома. тры как переизлучения узнать конечное В разделе атомом водорода состояние найдены парциальные спек­ 5.3 и атома по 4 наглядно демонстрируется, диаграмме направленности излучения. Раздел 5.4 содержит расчет рассеяния на атоме гелия с учетом корреляции электронов из-за их кулоновского отталкивания. Показано, что учет корреляции увеличивает относительное количе­ ство некогерентного излучения в спектре. Кроме тогр проведена еще одна динамическая проверка упрощенных аналитических формул для волновых функций гелия. Показано, что более разумные результаты дают те же функции, что и в предыдущей главе, учитывающие корре­ ляции электронов. В следующем разделе приведен анализ рассеяния электромагнитного импульса на атоме позитрония. Переизлучение на ·'--· электроне и позитроне сопровождается интерференцией. Показано, что интерференционные эффекты получаются меньшей величины, чем в атоме гелия, за счет сравнительно большого расстояния между электроном и позитроном. Вклад ориентационных эффектов в процессе фотоотрыва электро­ на от отрицательного молекулярного иона под действием аттосекунд­ ного импульса исследован в главе 6. Показано, что ориентационная зависимость сечения фотоионизации становится слабой при больших переданных импульсах. При малых переданных импульсах вероят­ ность ионизации имеет сильную зависимость от угла между передан­ ным импульсом и направлением межядерной оси, как показано на рис. 6 .1. Вероятность фотоотрыва минимальна, если переданный импулье перпендикулярен указанной оси. Расчет производится в приближении двухцентрового потенциала нулевого радиуса, которое сравнительно хорошо работает в отрицательных ионах, где расстояние до электро­ на много больше радиуса его взаимодействия с ядрами. Переизлуче­ ния на разделе положительном 6.3. молекулярном ионе водорода рассмотрено в Показано, что спектр переизлучения меняется сильно, когда направление вектора электрического поля падающего импуль- 5 са совпадает с направлением межъядерной оси. Отрицательные ионы других двух атомных молекул рассмотрены в разделе 6.4. Получе­ ны сечения, которые оказались заметно больше, чем для свободно­ го электрона. Показано, что сечение зависит также от энергии связи электрона. Если связь слабая 1 электрон испытывает большие ускоре­ ния и поэтому сечение возрастает. Таким образом, в работе получен целый ряд ковъ1,х н,ау'Ч,'НЪiХ ре­ зулътатов: предложена . трехмерная модель ловушки Сурка, найде­ ны оптимальные параметры накопления 1 рассчитаны сечения «стря­ хивания» мюона из мезоатома в поле лазерного импульса и тушения метастабильного антипротонного гелия на примесях, получены спек­ тры переизлучения и ионизации атомов при взаимодействии с атто­ секундными импульсами. Имеется несколько замечаний: 1. На стр. 49 приводится список 8 предлагаемых уникальных экспе­ риментов на направленных потоках позитронов. Перспектива ис­ пользования позитронов для фундаментальных измерений очень важна и в диссертации следовало бы подробнее написать о них, привести оценки необходимой точности измерений для наблюде­ ния каждого эффекта, а не ограничиваться простым перечислени ем. 2. На рис. 4.5 изображен короткий импульс с гауссовой огибающей. В диссертации предполагается, что точка максимума электриче­ ского поля и максимум огибающей совпадают. Однако относи­ тельная фаза поля и огибающей может быть разной, а проанали­ зирован только частный случай нулевой разности фаз. Следовало бы изучить зависимость вероятности фотоионизации не только от количества осцилляций налетающего поля, но и от относитель- 6 -ной фазы. 3. Следует подробнее обсудить в тексте применимость приближе­ ния внезапных возмущений в поле мощного электромагнитного импульса, энергия взаимодействия электрона с которым много больше его энергии взаимодействия с ядром. 4. В рукописи имеются отпечатки и повторы. В частности, на стр. 77, вместо « стряхивания» написано «страхования» . Под рис. 2.12 не указана частота вращающегося поля. Предпоследнее уравне­ ние в отдельной строке перед уравнением дает с первым уравнением стр. номером (5.32) 150. на стр. 152 совпа­ То же самое уравнение под фигурирует также на стр. встречается на стр. (5.5) 185, а четвертый раз 202. Однако эти замечания носят частный характер, относятся в основном к оформлению, а не к содержанию диссертации, и поэтому не влияют на общую положительную оценку работы. Аосmовер'Носmъ выводов подтверждается не только согласием с экспериментом, но и глубоким теоретическим анализом использован­ ных приближений, а также совпадением в предельных случаях с из­ вестными результатами других авторов. О 'Нау'Ч,'НОЙ новизне свиде­ тельствуют ского 21 статья автора в УФН, ЖЭТФ, ЖТФ, Вестнике Помор­ университета и др. рецензируемых журналах, а также докла­ ды на отечественных и международных конференциях. Автореферат полно и правильно отражает основные идеи и выводы диссертации. Таким образом, диссертация М.К. Есеева представляет собой науч­ но- квалификационную работу, в которой на основании выполненных автором исследований экзотических атомов в интенсивных элек­ тромагнитных полях разработаны теоретические положения, сово- 7 купность которых можно квалифицировать как научное достижение. Учитывая актуальность темы, научную новизну результатов и досто­ верность выводов, можно заключить, что работа М.К. Есеева вполне удовлетворяет требованиям п. 9 «Положения о порядке присужде­ ния ученых степеней», а автор заслуживает присуждения ему степе­ ни доктора физико-математических наук по специальности 01.04.16- физика атомного ядра и элементарных частиц. Результаты исследований можно рекомендовать для применения в ряде организаций: в Объединенном Институте ядерных исследова\~ ний, Курчатовском институте, Институте ядерной физики СО РАН, ФИАН им. П.Н. Лебедева . Заведующий лабораторией Института автоматики и электрометрии СО РАН Д.А.Шапиро д.ф.-м.н., профессор Подпись д.ф.-м.н. Д.А.Шапиро з а в ер я ю: Ученый секретарь ИАиЭ СО РАН С.В. Михляев д . т.н. отзыв составил(а): Шапиро д.ф.-м.н., профессор, заведующий Лабораторией автоматики и Российской академии Давид Абрамович, фотоники, электрометрии» ФГБУН Сибирского «Институт отделения наук, 630090, г. Новосибирск, проспект Академика Коптюга, д. 1 e-mail: [email protected] тел: 8(383)3309021 адрес: 8